JP2002006226A - Inspecting device - Google Patents

Inspecting device

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JP2002006226A
JP2002006226A JP2000183776A JP2000183776A JP2002006226A JP 2002006226 A JP2002006226 A JP 2002006226A JP 2000183776 A JP2000183776 A JP 2000183776A JP 2000183776 A JP2000183776 A JP 2000183776A JP 2002006226 A JP2002006226 A JP 2002006226A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To extremely accurately inspect an object to be inspected having fine shape by making optical frequency response optimum in accordance with the inspection spot of the object to be inspected without depending on only the short wavelength of illuminating light and the high NA of an objective lens. SOLUTION: Inspection is performed while switching the intensity distribution of a DUV laser beam on the surface of the aperture diaphragm 12 of an illumination optical system so as to be optimum distribution in accordance with the pattern shape of the inspection spot on a semiconductor wafer 100 and an inspection purpose.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検査物の検査箇
所に照明光を照射し、この照明光により照明された検査
箇所からの反射光や散乱光、回折光を検出することで、
検査箇所の状態を検査する検査装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of irradiating an inspection portion of an inspection object with illumination light, and detecting reflected light, scattered light and diffracted light from the inspection portion illuminated by the illumination light.
The present invention relates to an inspection device that inspects a state of an inspection location.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電気産業分野におけるデジタル化
が進む中で、半導体チップの集積度の向上が盛んに行わ
れている。そして、このように高度に集積された半導体
チップを如何に効率良く低コストで提供できるかが、今
後のデジタル電気産業の発展を左右する重要な課題とな
っている。
2. Description of the Related Art In recent years, with the progress of digitalization in the field of the electric industry, the degree of integration of semiconductor chips has been actively increased. How to efficiently provide such highly integrated semiconductor chips at low cost has become an important issue that will determine the development of the digital electric industry in the future.

【0003】半導体チップを低コストで効率良く生産す
るためには、製造プロセス中に発生する問題を迅速に且
つ正確に検出することが重要である。このため、半導体
チップに形成された微細な回路パターンを精度良く検査
できる検査装置に対する需要が高まっている。
In order to efficiently produce semiconductor chips at low cost, it is important to quickly and accurately detect problems that occur during the manufacturing process. For this reason, there is an increasing demand for an inspection apparatus capable of accurately inspecting a fine circuit pattern formed on a semiconductor chip.

【0004】一般に、半導体チップの回路パターンに代
表される微細なパターンを検査するための検査装置とし
ては、光学顕微鏡を用いたものが多用されている。光学
顕微鏡を用いた検査装置では、被検査物の検査箇所に照
明光を照射し、その反射光、散乱光、回折光、屈折光等
を光学的に検出することで、検査箇所の状態を検査する
ようにしている。
In general, an inspection apparatus using an optical microscope is often used as an inspection apparatus for inspecting a fine pattern represented by a circuit pattern of a semiconductor chip. Inspection equipment using an optical microscope irradiates the inspection location of the inspection object with illumination light and optically detects the reflected light, scattered light, diffracted light, refracted light, etc., and inspects the state of the inspection location. I am trying to do it.

【0005】ところで、半導体チップの回路パターンは
益々微細化される傾向にあり、近年では線幅0.18μ
m以下のデザインルールが適用されるようになってきて
いる。このように非常に微細なパターンを精度良く検査
するために、検査装置の分野においては、既存の光学顕
微鏡の分解能を大きく超える高い分解能を求められるよ
うになってきている。
[0005] Meanwhile, the circuit pattern of a semiconductor chip tends to be further miniaturized, and in recent years, the line width is 0.18 μm.
m or less design rules are being applied. In order to inspect such a very fine pattern with high accuracy, in the field of an inspection apparatus, a high resolution greatly exceeding the resolution of an existing optical microscope has been required.

【0006】高い分解能が得られる顕微鏡としては、走
査型電子顕微鏡(SEM:ScanningElectron Microscop
e)や原子間力顕微鏡(AFM:Atomic Force Microsco
pe)、近接場光学顕微鏡(Near-field scanning optica
l Microscope)等が開発されている。このような顕微鏡
を用いて検査を行うようにすれば、高い分解能での検査
が可能であるが、検査環境を真空にする必要があるこ
と、視野の狭さから検査に長時間を要すること等の問題
があり、検査原理自体が高スループット化の障害要因と
なる。
As a microscope capable of obtaining high resolution, a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscop) is used.
e) and Atomic Force Microsco (AFM)
pe), Near-field scanning optica
l Microscope) has been developed. Inspection with such a microscope enables high-resolution inspection, but requires that the inspection environment be evacuated and that inspection takes a long time due to the narrow field of view. The inspection principle itself becomes a hindrance factor for increasing the throughput.

【0007】ところで、近年、単一波長を持つレーザ光
を照明光として用いるレーザ顕微鏡の開発が盛んに進め
られている。そして、短波長の深紫外レーザ光を連続発
振可能な光源装置が実用化され、この光源装置を照明光
源として用いることで、半導体チップにおける微細な回
路パターンを検査するための検査装置として満足しうる
水準の分解能が得られるようになってきている。
In recent years, laser microscopes using laser light having a single wavelength as illumination light have been actively developed. Then, a light source device capable of continuously oscillating short-wavelength deep ultraviolet laser light has been put to practical use. By using this light source device as an illumination light source, it can be satisfied as an inspection device for inspecting a fine circuit pattern in a semiconductor chip. A level of resolution has been obtained.

【0008】このようなレーザ顕微鏡を用いて検査装置
を構成すれば、高い分解能で微細なパターンを精度良く
検査できると共に、高スループット化を実現して迅速な
検査が可能となるので、特に、半導体チップの回路パタ
ーンのように、微細なパターンの寸法測定や微小な欠陥
を検出するための装置として、強い期待が寄せられてい
る。
If an inspection apparatus is constructed using such a laser microscope, a fine pattern can be inspected with high resolution with high accuracy, and a high throughput can be realized and a quick inspection can be performed. As a device for measuring the size of a fine pattern and detecting a fine defect like a circuit pattern of a chip, strong expectation is given.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のような検査装置
を実用化するにあたっては、微細パターンの検査をより
適切に行うために、検査箇所となる微細パターンに応じ
て最適な光学的特性が得られることが望まれる。これま
で、検査装置の光学的特性の向上は、照明光の短波長化
と対物レンズの開口数(NA:numerical aperture)を
高めることによって、解像力の向上を図ることで実現さ
れてきた。しかしながら、照明光の短波長化や対物レン
ズの高NA化を図るには、非常に高価な開発費や材料
費、加工費等が必要とされるので、更なる光学的特性の
向上を、照明光の短波長化と対物レンズの高NA化のみ
によって実現することは、コストの点からも困難であ
る。
In putting the above-described inspection apparatus into practical use, in order to perform inspection of fine patterns more appropriately, optimal optical characteristics are obtained according to the fine patterns to be inspected. It is hoped that Up to now, the improvement of the optical characteristics of the inspection apparatus has been realized by improving the resolution by shortening the wavelength of the illumination light and increasing the numerical aperture (NA) of the objective lens. However, in order to shorten the wavelength of the illumination light and increase the NA of the objective lens, extremely expensive development costs, material costs, processing costs, and the like are required. It is difficult from the viewpoint of cost to realize only by shortening the wavelength of light and increasing the NA of the objective lens.

【0010】そこで、本発明は、照明光の短波長化と対
物レンズの高NA化のみに頼ることなく、光学的な周波
数応答を被検査物の検査箇所に応じて最適なものとし、
微細形状を有する被検査物の検査を極めて高精度に行う
ことが可能な検査装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is to optimize the optical frequency response in accordance with the inspection location of the inspection object without relying only on shortening the wavelength of the illumination light and increasing the NA of the objective lens.
An object of the present invention is to provide an inspection apparatus capable of inspecting an inspection object having a fine shape with extremely high accuracy.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】実際の顕微鏡における光
学的特性は、照明系の開口絞り面における照明光の強度
分布に大きく依存することが知られている。すなわち、
パーシャルコヒーレントである照明系において、照明系
の開口絞りの直径を変えることで、解像限界、コントラ
スト、可干渉性といった光学的特性は大きく変わること
になる。したがって、照明系の開口絞り面における照明
光の強度分布を検査箇所となる微細パターンに応じた最
適なものとすれば、この微細パターンに応じた最適な光
学特性が得られることになる。
It is known that the optical characteristics of an actual microscope greatly depend on the intensity distribution of illumination light on an aperture stop surface of an illumination system. That is,
In an illumination system that is partially coherent, by changing the diameter of the aperture stop of the illumination system, the optical characteristics such as the resolution limit, contrast, and coherence greatly change. Therefore, if the intensity distribution of the illumination light on the aperture stop surface of the illumination system is optimized according to the fine pattern to be inspected, optimal optical characteristics according to the fine pattern can be obtained.

【0012】本発明に係る検査装置は、以上のような知
見に基づいて創案されたものであって、被検査物を支持
する支持手段と、この支持手段に支持された被検査物の
検査箇所に、所定の波長域の単色光を照明光として照射
する照明手段と、照明光により照明された検査箇所から
の反射光、散乱光、回折光を検出する検出手段と、この
検出手段からの出力に基づいて、上記検査箇所の状態を
検査する検査手段とを備えている。そして、この検査装
置は、照明手段が、開口絞り面内における照明光の強度
分布を上記検査箇所の構造や検査目的に応じて切り替え
る切り替え手段を有することを特徴としている。
An inspection apparatus according to the present invention has been devised based on the above knowledge, and includes a support means for supporting an object to be inspected, and an inspection portion of the object to be inspected supported by the support means. Illuminating means for irradiating monochromatic light in a predetermined wavelength range as illuminating light; detecting means for detecting reflected light, scattered light, and diffracted light from an inspection location illuminated by the illuminating light; and output from the detecting means. Inspection means for inspecting the state of the inspection location based on the The inspection apparatus is characterized in that the illumination means has a switching means for switching the intensity distribution of the illumination light in the plane of the aperture stop according to the structure of the inspection location and the purpose of the inspection.

【0013】この検査装置において、被検査物は支持手
段により支持される。そして、支持手段に支持された被
検査物の検査箇所に対して、照明手段により所定の波長
域の単色光が照明光として照射される。このとき、照明
手段の切り替え手段が、開口絞り面内における照明光の
強度分布を、検査箇所の構造や検査目的に応じた最適な
ものとなるように切り替える。これにより、検査箇所の
構造や検査目的に応じた最適な照明光が、検査箇所に照
射されることになる。
In this inspection apparatus, the object to be inspected is supported by the support means. Then, the illuminating unit irradiates monochromatic light in a predetermined wavelength range as illumination light to the inspection location of the inspection object supported by the supporting unit. At this time, the switching means of the illuminating means switches the intensity distribution of the illuminating light in the aperture stop plane so as to be optimum according to the structure of the inspection location and the inspection purpose. Thereby, the inspection location is irradiated with the optimum illumination light according to the structure of the inspection location and the purpose of the inspection.

【0014】検査箇所に照射された照明光は、この検査
箇所の状態に応じて反射、散乱、回折することになる。
これら検査箇所からの反射光、散乱光、回折光が検出手
段により検出される。そして、これら反射光、散乱光、
回折光に応じた検出手段からの出力に基づいて、検査手
段により被検査物の状態が検査されることになる。
The illumination light applied to the inspection location is reflected, scattered, and diffracted according to the state of the inspection location.
The reflected light, scattered light, and diffracted light from these inspection locations are detected by the detecting means. And these reflected light, scattered light,
Based on the output from the detection means corresponding to the diffracted light, the state of the inspection object is inspected by the inspection means.

【0015】この検査装置では、以上のように、検査箇
所の構造や検査目的に応じた最適な照明光が検査箇所に
照射され、その反射光、散乱光、回折光に応じた検出手
段からの出力に基づいて検査箇所の状態が検査されるの
で、精度の良い検査が可能である。
In this inspection apparatus, as described above, the illumination light optimal for the structure of the inspection location and the purpose of the inspection is applied to the inspection location, and the reflected light, the scattered light, and the diffracted light output from the detecting means. Since the state of the inspection location is inspected based on the output, highly accurate inspection is possible.

【0016】なお、この検査装置において、照明手段
は、紫外波長域のレーザ光を出射する紫外レーザ光源を
有することが望ましい。この紫外レーザ光源から出射さ
れた紫外波長域のレーザ光を照明光として用いるように
すれば、検査箇所の状態をより精度良く検査することが
できる。
In this inspection apparatus, it is desirable that the illuminating means has an ultraviolet laser light source for emitting laser light in an ultraviolet wavelength range. If the laser light in the ultraviolet wavelength range emitted from the ultraviolet laser light source is used as illumination light, the state of the inspection location can be inspected more accurately.

【0017】また、この検査装置において、照明手段
は、ケーラー照明により検査箇所を照明する第1の照明
系と、臨界照明により検査箇所を照明する第2の照明系
との切り替えを行う照明系切り替え手段を有することが
望ましい。この切り替え手段によって、ケーラー照明に
より検査箇所を照明する第1の照明系と、臨界照明によ
り検査箇所を照明する第2の照明系との切り替えを可能
にしておけば、例えば、被検査物の検査箇所の検査をす
る際は第1の照明系を選択し、開口絞り面内における照
明光の強度分布の調整等を行う際は第2の照明系を選択
すると行ったように、目的に応じて最適な照明系を選択
することができる。
In this inspection apparatus, the illuminating means switches between a first illumination system for illuminating the inspection location with Koehler illumination and a second illumination system for illuminating the inspection location with critical illumination. It is desirable to have a means. If the switching means can switch between a first illumination system that illuminates the inspection location with Koehler illumination and a second illumination system that illuminates the inspection location with critical illumination, for example, inspection of the inspection object can be performed. As in the case where the first illumination system is selected when inspecting a portion, and the second illumination system is selected when adjusting the intensity distribution of the illumination light in the aperture stop plane, according to the purpose. An optimal illumination system can be selected.

【0018】また、この検査装置において、照明手段
は、照明光の可干渉性を低減するための可干渉性低減手
段を有することが望ましい。この可干渉性低減手段によ
って照明光の可干渉性を低減させるようにしておけば、
照明光の均一性を高めることができる。
Further, in this inspection apparatus, it is desirable that the illumination means has a coherence reducing means for reducing the coherence of the illumination light. If the coherence of the illumination light is reduced by the coherence reducing means,
The uniformity of the illumination light can be improved.

【0019】また、この検査装置において、照明手段
は、照明光の光量をモニタする光量モニタ手段と、この
光量モニタ手段によって検出された照明光の光量に応じ
て照明光の透過又は遮断を切り替えるシャッタ手段とを
有することが望ましい。このように、モニタ手段によっ
て照明光の光量をモニタし、それに応じてシャッタ手段
が照明光の透過又は遮断を切り替えるようにしておけ
ば、照明光の照射光量を検査箇所に応じて調整すること
ができるので、検査箇所にダメージを与えることなく、
この検査箇所の検査を適切に行うことができる。
In this inspection apparatus, the illuminating means includes a light amount monitoring means for monitoring the amount of the illuminating light, and a shutter for switching transmission or blocking of the illuminating light according to the amount of the illuminating light detected by the light amount monitoring means. It is desirable to have means. In this way, if the amount of illumination light is monitored by the monitoring means, and the shutter means switches the transmission or blocking of the illumination light accordingly, the irradiation light quantity of the illumination light can be adjusted according to the inspection location. Because it can do, without damaging the inspection location,
The inspection of the inspection location can be appropriately performed.

【0020】また、この検査装置においては、検出手段
と支持手段に支持された被検査物の検査箇所とのフォー
カス状態を、距離センサからの出力に基づいて制御する
フォーカス制御手段を備え、このフォーカス制御手段
が、照明手段を第2の照明系に切り替えて、臨界照明に
よって検査箇所を照明することにより得られる情報に基
づいて、支持手段の支持面精度に起因するフォーカス誤
差量を検出し、このフォーカス誤差量に応じて距離セン
サからの出力を補正して、フォーカス制御を行うことが
望ましい。このように、フォーカス手段が、臨界照明に
よって検査箇所を照明することにより得られる情報に基
づいて、支持手段の支持面精度に起因するフォーカス誤
差量を検出し、このフォーカス誤差量に応じて距離セン
サからの出力を補正して、フォーカス制御を行うように
しておけば、非常に高い精度のフォーカス制御を実現す
ることができ、検査箇所の状態をより精度良く検査する
ことが可能となる。
In this inspection apparatus, there is provided a focus control means for controlling the focus state between the detection means and the inspection position of the inspection object supported by the support means based on the output from the distance sensor. The control unit switches the illumination unit to the second illumination system and detects a focus error amount caused by the accuracy of the support surface of the support unit based on information obtained by illuminating the inspection location with the critical illumination. It is desirable to correct the output from the distance sensor according to the focus error amount and perform focus control. As described above, the focus unit detects the focus error amount due to the accuracy of the support surface of the support unit based on the information obtained by illuminating the inspection location with the critical illumination, and detects the distance sensor according to the focus error amount. If the focus control is performed by correcting the output from the camera, the focus control can be realized with extremely high accuracy, and the state of the inspection location can be inspected with higher accuracy.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明を半導体
チップにおける回路パターンの検査を行う検査装置に適
用した例について説明するが、本発明はここで挙げる例
に限定されるものではなく、微細形状を有する検査対象
の検査を行う検査装置に対して広く適用可能である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Here, an example in which the present invention is applied to an inspection apparatus that inspects a circuit pattern in a semiconductor chip will be described. However, the present invention is not limited to the examples described here, and an inspection of an inspection target having a fine shape is performed. It can be widely applied to inspection devices to be performed.

【0022】半導体チップは、多数の回路パターンが半
導体ウェハに一括形成され、この半導体ウェハが個々の
チップ毎に切り出されることで製造される。本発明を適
用した検査装置は、レーザ光を用いて半導体ウェハを顕
微鏡観察して、半導体ウェハに存在する各種の欠陥を検
出し、また、半導体プロセスのリソグラフィ工程におい
て半導体ウェハ上に形成されたレジストパターンや、こ
のレジストパターンを用いたエッチング加工により形成
される回路パターンの微細寸法、重ね合わせ精度等を検
査或いは計測するものである。
A semiconductor chip is manufactured by forming a large number of circuit patterns on a semiconductor wafer at a time and cutting the semiconductor wafer into individual chips. An inspection apparatus to which the present invention is applied uses a laser beam to observe a semiconductor wafer under a microscope to detect various types of defects present in the semiconductor wafer, and to inspect a resist formed on the semiconductor wafer in a lithography step of a semiconductor process. It is to inspect or measure the fine dimensions, overlay accuracy, and the like of the pattern and the circuit pattern formed by etching using this resist pattern.

【0023】本発明を適用した検査装置の概略構成を図
1に示す。この図1に示す検査装置1は、半導体ウェハ
100を任意の位置に移動可能に支持する可動ステージ
2を備えている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of an inspection apparatus to which the present invention is applied. The inspection apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a movable stage 2 that movably supports a semiconductor wafer 100 at an arbitrary position.

【0024】この可動ステージ2は、例えば、当該可動
ステージ2上に設置された半導体ウェハ100を水平方
向に移動させるためのX,Yステージと、半導体ウェハ
100を垂直方向に移動させるためのZステージと、半
導体ウェハ100を回転させるためのθステージと、半
導体ウェハ100を吸着して固定するための吸着プレー
トとを備える。この可動ステージ2では、上記各ステー
ジが制御部3の制御のもとで動作されるようになされて
おり、上記各ステージが駆動されることで、吸着プレー
トにより吸着された半導体ウェハ100上の任意の検査
箇所を検査装置1の所定の検査位置へと移動させると共
に、半導体ウェハ100の高さ方向の調整を適切に行っ
て、フォーカス状態を最適な状態に調整できるようにな
されている。
The movable stage 2 includes, for example, an X, Y stage for moving the semiconductor wafer 100 mounted on the movable stage 2 in the horizontal direction, and a Z stage for moving the semiconductor wafer 100 in the vertical direction. And a θ stage for rotating the semiconductor wafer 100, and a suction plate for sucking and fixing the semiconductor wafer 100. In the movable stage 2, each of the stages is operated under the control of the control unit 3. By driving each of the stages, an arbitrary part of the semiconductor wafer 100 sucked by the suction plate is moved. The inspection position is moved to a predetermined inspection position of the inspection apparatus 1 and the height direction of the semiconductor wafer 100 is appropriately adjusted, so that the focus state can be adjusted to an optimum state.

【0025】また、この検査装置1は、所定の検査箇所
に位置決めされた半導体ウェハ100上の任意の検査箇
所を照明するための照明光を出射する照明光源4を備え
ている。
Further, the inspection apparatus 1 includes an illumination light source 4 for emitting illumination light for illuminating an arbitrary inspection location on the semiconductor wafer 100 positioned at a predetermined inspection location.

【0026】この照明光源4としては、例えば、紫外線
固体レーザが用いられる。この紫外線固体レーザは、例
えばYAGレーザ等の固体レーザから出射されるレーザ
光を非線形光学素子を用いて波長変換し、例えば、波長
が266nmや193nm程度の深紫外(DUV:Deep
Ultra Violet)レーザ光を出射するようになされてい
る。
As the illumination light source 4, for example, an ultraviolet solid laser is used. This ultraviolet solid-state laser converts the wavelength of laser light emitted from a solid-state laser such as a YAG laser using a non-linear optical element, for example, a deep ultraviolet (DUV) having a wavelength of about 266 nm or 193 nm.
Ultra Violet) laser light is emitted.

【0027】光学顕微鏡の分解能は、検査対象に照射す
る照明光の波長と対物レンズのNAとに依存し、照明光
の波長が短波長であり、対物レンズのNAが高い方が光
学的分解能は向上する。本発明を適用した検査装置1で
は、照明光源4として紫外線固体レーザが用いられ、短
波長のDUVレーザ光で半導体ウェハ100上の検査箇
所を照明するようになされているとともに、高NAの対
物レンズが用いられるので、高い分解能を得ることがで
き、微細なパターンを精度良く検査することが可能であ
る。また、紫外線固体レーザは、装置自体が小型であ
り、更に、例えば、リソグラフィ工程において用いられ
ているエキシマレーザに比べて、波長安定性、単色性、
ビームプロファイル、冷却対策、ガス補充対策、レーザ
安全対策、取り扱いの利便性等の点においても優れてお
り、検査装置1における照明光源4として最適である。
The resolution of the optical microscope depends on the wavelength of the illumination light irradiated on the inspection object and the NA of the objective lens. The wavelength of the illumination light is short, and the higher the NA of the objective lens, the higher the optical resolution. improves. In the inspection apparatus 1 to which the present invention is applied, an ultraviolet solid-state laser is used as the illumination light source 4 to illuminate an inspection location on the semiconductor wafer 100 with a short-wavelength DUV laser beam, and a high NA objective lens is used. Is used, a high resolution can be obtained, and a fine pattern can be inspected with high accuracy. Further, the ultraviolet solid-state laser has a small apparatus itself, and further has, for example, wavelength stability, monochromaticity, compared with an excimer laser used in a lithography process.
It is also excellent in beam profile, cooling measures, gas replenishment measures, laser safety measures, handling convenience, and the like, and is optimal as the illumination light source 4 in the inspection apparatus 1.

【0028】また、この検査装置1は、照明光源4から
出射されたDUVレーザ光を半導体ウェハ100上の検
査箇所に照射させてこの検査箇所を照明するための照明
光学系と、DUVレーザ光により照明された検査箇所か
らの反射光、散乱光、回折光等を画像撮像素子5に導
き、検査箇所の像を画像撮像素子5上に結像させる結像
光学系とを備えている。
The inspection apparatus 1 includes an illumination optical system for irradiating a DUV laser beam emitted from the illumination light source 4 to an inspection location on the semiconductor wafer 100 to illuminate the inspection location, and a DUV laser beam. An imaging optical system that guides reflected light, scattered light, diffracted light, and the like from the illuminated inspection location to the imaging element 5 and forms an image of the inspection location on the imaging element 5 is provided.

【0029】ここで、これら照明光学系及び結像光学系
を構成する各光学素子について説明する。照明光源4か
ら出射されたDUVレーザ光は、先ず、可変式NDフィ
ルタ(減光フィルタ)6を透過して、コンデンサレンズ
7に入射する。ここで、可変式NDフィルタ6は、照明
光源4から出射されたDUVレーザ光を分光組成を変え
ないで減光するものである。
Here, each optical element constituting the illumination optical system and the imaging optical system will be described. The DUV laser light emitted from the illumination light source 4 first passes through a variable ND filter (darkening filter) 6 and enters a condenser lens 7. Here, the variable ND filter 6 attenuates the DUV laser light emitted from the illumination light source 4 without changing the spectral composition.

【0030】コンデンサレンズ7に入射したDUVレー
ザ光は、このコンデンサレンズ7により集光され、シャ
ッタ8の内部に結像する。シャッタ8は、例えば、音響
光学変調器(AOM:Acoustic Optics Modulator)等
よりなり、制御部3の制御のもとで、DUVレーザ光の
透過又は遮断の切り替えを行う。音響光学変調器は、音
響光学効果を利用した光変調器であり、回折光を回折効
率の範囲内で自由に変調することが可能となっている。
この音響光学変調器からの0次回折光を遮断し、1次回
折光のみを空間フィルタを用いて取り出すようにすれ
ば、極めて応答性の良いシャッタを構成できる。このシ
ャッタ8によりDUVレーザ光の透過又は遮断を切り替
えることで、シャッタ8を透過するDUVレーザ光の光
量が調整され、半導体ウェハ100上の検査箇所に照射
されるDUVレーザ光の照射光量が調節されることにな
る。
The DUV laser light incident on the condenser lens 7 is condensed by the condenser lens 7 and forms an image inside the shutter 8. The shutter 8 includes, for example, an acousto-optic modulator (AOM), and switches the transmission or blocking of the DUV laser light under the control of the control unit 3. The acousto-optic modulator is an optical modulator utilizing an acousto-optic effect, and is capable of freely modulating diffracted light within a range of diffraction efficiency.
If the 0th-order diffracted light from the acousto-optic modulator is blocked and only the 1st-order diffracted light is extracted using a spatial filter, a shutter with extremely high responsiveness can be configured. By switching the transmission or blocking of the DUV laser light by the shutter 8, the light amount of the DUV laser light transmitted through the shutter 8 is adjusted, and the irradiation light amount of the DUV laser light irradiated on the inspection location on the semiconductor wafer 100 is adjusted. Will be.

【0031】この検査装置1を用いて、半導体プロセス
のリソグラフィ工程において半導体ウェハ100上に形
成されたレジストパターンの微細寸法測定を行う場合、
検査対象となるレジストパターンには、その露光波長に
近いDUVレーザ光が照射されることになるので、レジ
ストパターンに収縮を生じさせないためには、DUVレ
ーザ光の照射光量を制御することが重要である。そこ
で、検査装置1においては、DUVレーザ光の光路中に
シャッタ8を設け、このシャッタ8が、制御部3の制御
に応じてDUVレーザ光の透過又は遮断を切り替えるこ
とで、DUVレーザ光の照射光量を調整するようにして
いる。
When a fine dimension measurement of a resist pattern formed on a semiconductor wafer 100 in a lithography step of a semiconductor process is performed using the inspection apparatus 1,
Since the resist pattern to be inspected is irradiated with DUV laser light close to the exposure wavelength, it is important to control the amount of DUV laser light irradiation in order to prevent the resist pattern from shrinking. is there. Therefore, in the inspection apparatus 1, a shutter 8 is provided in the optical path of the DUV laser light, and the shutter 8 switches transmission or cutoff of the DUV laser light under the control of the control unit 3, thereby irradiating the DUV laser light. The amount of light is adjusted.

【0032】なお、シャッタ8としては、照明光源4か
ら出射されたDUVレーザ光の透過又は遮断を切り替え
られるものであれば、どのようなものを用いてもよい。
例えば、液晶材料を用いた液晶パネル等の空間光変調器
や、回折格子を用いた光回折式のシャッタ、光弾性効果
を利用した導波路式のシャッタ等を用いるようにしても
よい。
The shutter 8 may be any shutter as long as it can switch between transmitting and blocking the DUV laser light emitted from the illumination light source 4.
For example, a spatial light modulator such as a liquid crystal panel using a liquid crystal material, a light diffraction type shutter using a diffraction grating, a waveguide type shutter using a photoelastic effect, or the like may be used.

【0033】シャッタ8を透過したDUVレーザ光は、
光ファイバ9を介して回転拡散板10の拡散面に照射さ
れる。ここで、光ファイバ8は、照明光源4より出射さ
れたDUVレーザ光を後段の各光学素子にフレキシブル
に導くと共に、照明光源4から直線偏光の状態で出射さ
れるDUVレーザ光の偏光方向をランダムにして、シン
グルモードにて入射されたDUVレーザ光をマルチモー
ドに変換するためのものである。また、回転拡散板10
は、可干渉性の良いDUVレーザ光を照明光として用い
た場合に問題とされるスペックルノイズを低減させるた
めのものである。いずれも、照明光学系の可干渉性を落
とし、均一な照明を得るための可干渉性低減手段として
機能するものである。
The DUV laser light transmitted through the shutter 8 is
The light is applied to the diffusion surface of the rotary diffusion plate 10 via the optical fiber 9. Here, the optical fiber 8 guides the DUV laser light emitted from the illumination light source 4 to each subsequent optical element in a flexible manner, and randomly changes the polarization direction of the DUV laser light emitted from the illumination light source 4 in a linearly polarized state. This is for converting the DUV laser light incident in the single mode into the multi mode. Also, the rotating diffusion plate 10
Is to reduce speckle noise, which is a problem when using DUV laser light having good coherence as illumination light. In any case, the coherence of the illumination optical system is reduced, and functions as coherence reduction means for obtaining uniform illumination.

【0034】回転拡散板10に照射されたDUVレーザ
光は、この回転拡散板10を光源とするケーラー照明系
を構成するコンデンサレンズ11、開口絞り12、視野
絞り13、コンデンサレンズ14を順次透過して、偏光
ビームスプリッタ15に入射する。
The DUV laser light applied to the rotary diffusion plate 10 sequentially passes through a condenser lens 11, an aperture stop 12, a field stop 13, and a condenser lens 14 constituting a Koehler illumination system using the rotary diffusion plate 10 as a light source. And enters the polarization beam splitter 15.

【0035】偏光ビームスプリッタ15に入射したDU
Vレーザ光は、この偏光ビームスプリッタ15により互
いに直交する2方向の直線偏光成分に分離され、その一
方が、偏光ビームスプリッタ15により反射され、他方
が偏光ビームスプリッタ15を透過する。
DU incident on the polarizing beam splitter 15
The V laser light is split into two linearly polarized light components orthogonal to each other by the polarization beam splitter 15, one of which is reflected by the polarization beam splitter 15, and the other passes through the polarization beam splitter 15.

【0036】偏光ビームスプリッタ15により反射され
た一方の直線偏光成分の光は、1/4波長板16を透過
することにより円偏光に変換され、対物レンズ17を介
して、半導体ウェハ100上の所定の検査箇所に照射さ
れる。これにより、半導体ウェハ100上の所定の検査
箇所がDUVレーザ光により照明されることになる。こ
の検査装置1においては、上述した可変式NDフィルタ
6から対物レンズ17までの各光学素子により、照明光
学系が構成されている。
One linearly polarized light component reflected by the polarization beam splitter 15 is converted into circularly polarized light by passing through a quarter-wave plate 16, and is converted into a predetermined light on a semiconductor wafer 100 via an objective lens 17. Irradiated at inspection locations. As a result, a predetermined inspection location on the semiconductor wafer 100 is illuminated by the DUV laser light. In this inspection device 1, an illumination optical system is configured by each optical element from the variable ND filter 6 to the objective lens 17 described above.

【0037】また、偏光ビームスプリッタ15を透過し
た他方の直線偏光成分の光は、結像レンズ18を介して
光量モニタ19に入射し、この光量モニタ19により受
光される。ここで、偏光ビームスプリッタ15を透過し
て光量モニタ19により受光される他方の直線偏光成分
の光は、照明光源4の偏光依存性が一定である条件にお
いて、偏光ビームスプリッタ15により反射されて半導
体ウェハ100上の検査箇所に照射される一方の直線偏
光成分の光と比例関係が成り立つ。したがって、これら
の光の間の相関関係を予め求めておけば、光量モニタ1
9により受光される他方の直線偏光成分の光の光量か
ら、半導体ウェハ100上の検査箇所に照射されるDU
Vレーザ光の照射光量を求めることができる。
The other linearly polarized light component transmitted through the polarization beam splitter 15 is incident on a light quantity monitor 19 via an imaging lens 18 and received by the light quantity monitor 19. Here, the other linearly polarized light component transmitted through the polarization beam splitter 15 and received by the light amount monitor 19 is reflected by the polarization beam splitter 15 under the condition that the polarization dependency of the illumination light source 4 is constant. A proportional relationship is established with the light of one linearly polarized light component irradiated on the inspection location on the wafer 100. Therefore, if the correlation between these lights is obtained in advance, the light amount monitor 1
9, the DU irradiating the inspection location on the semiconductor wafer 100 from the amount of light of the other linearly polarized light component received by
The irradiation light amount of the V laser beam can be obtained.

【0038】DUVレーザ光の照射光量をモニタリング
する光量モニタ19としては、例えば、深紫外レーザ光
に対して高い感度が得られるように構成された紫外光用
のCCD(charge-coupled device)カメラが用いられ
る。この光量モニタ19は、積算回路20に接続されて
おり、受光した光を電気信号に変換して、積算回路20
に供給するようになされている。積算回路20は、光量
モニタ19から供給された電気信号から、DUVレーザ
光の積算照射光量を算出して、制御部3に供給する。
As the light amount monitor 19 for monitoring the irradiation light amount of the DUV laser light, for example, a CCD (charge-coupled device) camera for ultraviolet light configured to obtain high sensitivity to deep ultraviolet laser light is used. Used. The light amount monitor 19 is connected to the integrating circuit 20 and converts the received light into an electric signal.
To be supplied. The integrating circuit 20 calculates the integrated irradiation light amount of the DUV laser light from the electric signal supplied from the light amount monitor 19 and supplies the calculated irradiation light amount to the control unit 3.

【0039】なお、光量モニタ19としては、受光した
光を電気信号に変換できるものであれば、どのようなも
のを用いてもよい。例えば、フォトトランジスタやカロ
リーメータ等を光量モニタ19として用いるようにして
もよい。
As the light amount monitor 19, any monitor can be used as long as it can convert the received light into an electric signal. For example, a phototransistor, a calorimeter, or the like may be used as the light amount monitor 19.

【0040】この検査装置1では、制御部3が、積算回
路20により算出されたDUVレーザ光の積算照射光量
に応じてシャッタ8を制御して、半導体ウェハ100上
の検査箇所に照射されるDUVレーザ光の照射光量を調
整するようにしている。例えば、上述したように、半導
体プロセスのリソグラフィ工程において半導体ウェハ1
00上に形成されたレジストパターンの微細寸法測定を
行う場合には、積算回路20により算出されたDUVレ
ーザ光の積算照射光量がレジストパターンに収縮を生じ
させる照射閾値に近づくと、制御部3は、シャッタ8を
閉じてDUVレーザ光を遮断させ、DUVレーザ光がレ
ジストパターンに照射されないようにする。また、制御
部3は、可変式NDフィルタ6を制御することでも、レ
ジストパターンに照射されるDUVレーザ光の照射光量
を調整することができる。
In the inspection apparatus 1, the control unit 3 controls the shutter 8 in accordance with the integrated irradiation light amount of the DUV laser light calculated by the integration circuit 20, and irradiates the inspection spot on the semiconductor wafer 100 with the DUV. The irradiation light amount of the laser beam is adjusted. For example, as described above, the semiconductor wafer 1
When measuring the fine dimensions of the resist pattern formed on the resist pattern 00, when the integrated irradiation light amount of the DUV laser light calculated by the integration circuit 20 approaches the irradiation threshold value that causes the resist pattern to shrink, the control unit 3 Then, the shutter 8 is closed to block the DUV laser light so that the DUV laser light is not irradiated on the resist pattern. Further, the control unit 3 can also adjust the irradiation light amount of the DUV laser light irradiated on the resist pattern by controlling the variable ND filter 6.

【0041】また、この検査装置1では、制御部3が、
紫外光用CCDカメラ等よりなる画像撮像素子5のシャ
ッタと同期させて、照明光学系中のシャッタ8の開閉動
作を制御することも可能である。このように、画像撮像
素子5のシャッタと同期させて照明光学系中のシャッタ
8の開閉動作を制御するようにすれば、半導体ウェハ1
00上の検査箇所に効率よくDUVレーザ光を照射させ
ることができる。
In the inspection apparatus 1, the control unit 3
It is also possible to control the opening / closing operation of the shutter 8 in the illumination optical system in synchronization with the shutter of the image pickup device 5 composed of an ultraviolet CCD camera or the like. As described above, if the opening and closing operation of the shutter 8 in the illumination optical system is controlled in synchronization with the shutter of the image pickup device 5, the semiconductor wafer 1
The DUV laser light can be efficiently radiated to the inspection location on the 00.

【0042】この検査装置1では、上述した照明光源3
から、照明光学系、結像レンズ18及び光量モニタ1
9、積算回路20、制御部3を含めた各部が、照明手段
として機能するようになっている。
In the inspection apparatus 1, the illumination light source 3
From the illumination optical system, the imaging lens 18 and the light amount monitor 1
9, each unit including the integrating circuit 20 and the control unit 3 functions as lighting means.

【0043】半導体ウェハ100上の所定の検査箇所に
照射されDUVレーザ光は、この検査箇所の状態に応じ
て反射、散乱、回折することになる。これら検査箇所か
らの反射光、散乱光、回折光は、対物レンズ17を透過
して、1/4波長板16に入射する。そして、1/4波
長板16により直線偏光の光に変換された後、偏光ビー
ムスプリッタ15に再度入射する。ここで、偏光ビーム
スプリッタ15に再度入射した検査箇所からの反射光、
散乱光、回折光は、先に偏光ビームスプリッタ15によ
り反射された直線偏光成分の光とは直交する直線偏光成
分の光であるので、偏光ビームスプリッタ15を透過す
ることになる。
The DUV laser light applied to a predetermined inspection location on the semiconductor wafer 100 is reflected, scattered, and diffracted according to the state of the inspection location. The reflected light, scattered light, and diffracted light from these inspection points pass through the objective lens 17 and enter the quarter-wave plate 16. Then, after being converted into linearly polarized light by the 波長 wavelength plate 16, the light enters the polarization beam splitter 15 again. Here, reflected light from the inspection location that has re-entered the polarization beam splitter 15,
Since the scattered light and the diffracted light are linearly polarized light components orthogonal to the linearly polarized light components reflected by the polarization beam splitter 15, they pass through the polarization beam splitter 15.

【0044】偏光ビームスプリッタ15を透過した検査
箇所からの反射光、散乱光、回折光は、結像レンズ21
を介して画像撮像素子5に入射する。これにより、対物
レンズ17により拡大された検査箇所の画像が、画像撮
像素子5により撮像されることになる。
The reflected light, the scattered light and the diffracted light from the inspection site transmitted through the polarizing beam splitter 15 are transmitted to the imaging lens 21.
And enters the image pickup device 5 via the. Thereby, the image of the inspection location enlarged by the objective lens 17 is captured by the image capturing element 5.

【0045】この検査装置1においては、対物レンズ1
7から結像レンズ21までの各光学素子により、結像光
学系が構成されている。そして、これら結像光学系及び
画像撮像素子5が、検出手段として機能するようになっ
ている。
In this inspection apparatus 1, the objective lens 1
Each optical element from 7 to the imaging lens 21 forms an imaging optical system. The imaging optical system and the image pickup device 5 function as detection means.

【0046】ここで、対物レンズ17としては、例え
ば、開口数NAが0.9程度の高開口数のレンズが用い
られている。この検査装置1では、照明光として短波長
のDUVレーザ光を用いると共に、対物レンズ17とし
て高開口数のレンズを用いることで、微細なパターンの
検査を精度良く行えるようになされている。また、対物
レンズ17は、例えば、波長が266nmのDUVレー
ザ光に対して収差が低減されるような対策が施されてい
る。
Here, as the objective lens 17, for example, a lens having a high numerical aperture NA of about 0.9 is used. In this inspection apparatus 1, a short-wavelength DUV laser beam is used as illumination light, and a high-numerical-aperture lens is used as the objective lens 17, so that a fine pattern can be inspected with high accuracy. The objective lens 17 is provided with a countermeasure to reduce aberrations with respect to, for example, DUV laser light having a wavelength of 266 nm.

【0047】また、画像撮像素子5としては、例えば、
DUVレーザ光に対して約36%の量子効率が得られる
高感度の紫外光用CCDカメラが用いられる。このよう
に、画像撮像素子5として、DUVレーザ光に対する感
度が高いCCDカメラを用いれば、微細なパターンの画
像を高解像度で撮像することが可能である。この画像撮
像素子5は、画像処理用コンピュータ22に接続されて
いる。そして、この検査装置1においては、画像撮像素
子5により撮像された半導体ウェハ100上の検査箇所
の画像が、画像処理用コンピュータ22に取り込まれる
ようになされている。
As the image pickup device 5, for example,
A high-sensitivity ultraviolet light CCD camera capable of obtaining a quantum efficiency of about 36% with respect to DUV laser light is used. As described above, if a CCD camera having high sensitivity to DUV laser light is used as the image pickup device 5, a fine pattern image can be taken at high resolution. This image pickup device 5 is connected to an image processing computer 22. In the inspection apparatus 1, the image of the inspection location on the semiconductor wafer 100 taken by the image pickup device 5 is taken into the image processing computer 22.

【0048】なお、この画像撮像素子5は、冷却機構を
備えたものであることが望ましい。例えば、紫外光用C
CDカメラを画像撮像素子5として用いる場合には、C
CDチップがペルチェ素子により5℃程度まで冷却され
る構成となっていることが望ましい。以上のように画像
撮像素子5を冷却するようにすれば、この画像撮像素子
5により撮像された半導体ウェハ100上の検査箇所の
画像を画像処理用コンピュータ22に転送する際に発生
する読み出し雑音や熱雑音を大幅に低減することが可能
となる。
It is desirable that the image pickup device 5 has a cooling mechanism. For example, C for ultraviolet light
When a CD camera is used as the image pickup device 5, C
It is desirable that the CD chip be cooled to about 5 ° C. by a Peltier element. If the image pickup device 5 is cooled as described above, read noise or the like generated when the image of the inspection location on the semiconductor wafer 100 picked up by the image pickup device 5 is transferred to the image processing computer 22 can be reduced. Thermal noise can be greatly reduced.

【0049】この検査装置1においては、上述したよう
に、結像光学系によって画像撮像素子5に結像され、こ
の画像撮像素子5により撮像された半導体ウェハ100
上の検査箇所の画像が画像処理用コンピュータ22に供
給される。そして、この検査箇所の画像を画像処理用コ
ンピュータ22により画像処理し、解析することによっ
て、検査箇所の状態の検査が行われることになる。すな
わち、この検査装置1では、画像処理用コンピュータ2
2が検査手段として機能し、この画像処理用コンピュー
タ22により、半導体ウェハ100上の検査箇所の状態
が検査されるようになされている。
In the inspection apparatus 1, as described above, an image is formed on the image pickup device 5 by the image forming optical system, and the semiconductor wafer 100 picked up by the image pickup device 5 is picked up.
The image of the inspection point above is supplied to the image processing computer 22. Then, the image of the inspection location is subjected to image processing by the image processing computer 22 and analyzed, whereby the state of the inspection location is inspected. That is, in this inspection apparatus 1, the image processing computer 2
Reference numeral 2 functions as an inspection unit, and the state of an inspection location on the semiconductor wafer 100 is inspected by the image processing computer 22.

【0050】具体的には、例えば、半導体ウェハ100
に存在する欠陥を検出する場合には、欠陥のある箇所の
画像(欠陥画像)と、同じパターンを有する欠陥のない
箇所の画像(参照画像)とがそれぞれ撮像され、画像処
理用コンピュータ22によりこれら欠陥画像と参照画像
との差分が算出されることによって、その差分が半導体
ウェハ100に存在する欠陥として検出される。また、
半導体プロセスのリソグラフィ工程において半導体ウェ
ハ100上に形成されたレジストパターンや、このレジ
ストパターンを用いたエッチング加工により形成される
回路パターンの微細寸法、重ね合わせ精度等を検査或い
は計測する場合には、画像処理用コンピュータ22によ
って検査箇所の画像が画像処理され、光の強度プロファ
イルが作成される。そして、この光の強度プロファイル
をもとにして、パターン寸法の計測や重ね合わせ精度の
検査等が行われる。
Specifically, for example, the semiconductor wafer 100
In the case of detecting a defect existing in an image, an image of a defective portion (defect image) and an image of a non-defect portion having the same pattern (reference image) are respectively captured. By calculating the difference between the defect image and the reference image, the difference is detected as a defect existing in the semiconductor wafer 100. Also,
When inspecting or measuring a resist pattern formed on the semiconductor wafer 100 in a lithography process of a semiconductor process, or a fine dimension, overlay accuracy, or the like of a circuit pattern formed by etching using the resist pattern, an image is required. The image of the inspection location is image-processed by the processing computer 22, and a light intensity profile is created. Then, based on the light intensity profile, measurement of pattern dimensions, inspection of overlay accuracy, and the like are performed.

【0051】ところで、この検査装置1においては、上
述したコンデンサレンズ14の焦点距離が、対物レンズ
17の焦点距離よりも十分に長くなるように、照明光学
系が構成されている。したがって、コンデンサレンズ1
4を取り外すことで、回転拡散板10、コンデンサレン
ズ11、開口絞り12、対物レンズ20により臨界照明
系が成立し、開口絞り12面内における空間像が半導体
ウェハ100上に結像することになる。すなわち、この
検査装置1では、コンデンサレンズ14を切り替え式に
出し入れすることで、ケーラー照明系による照明と、臨
界照明系による照明とを切り替えることができるように
なされている。なお、臨界照明系による照明時は、結像
位置がケーラー照明系による照明時とは異なることにな
るので、可動ステージ2は、ケーラー照明系による照明
時と、臨界照明系による照明時との焦点位置差を調整し
得るステージストロークが必要となる。この検査装置1
においては、回転拡散板10から対物レンズ17に至る
照明光学系と、対物レンズ17から結像レンズ21に至
る結像光学系は無限光学系を構成しており、対物レンズ
17の焦点距離に比べ、コンデンサレンズ14の焦点距
離が十分長いので、上記焦点位置差は微小である。
In the inspection apparatus 1, the illumination optical system is configured so that the focal length of the condenser lens 14 is sufficiently longer than the focal length of the objective lens 17. Therefore, the condenser lens 1
By removing 4, a critical illumination system is established by the rotating diffuser 10, the condenser lens 11, the aperture stop 12, and the objective lens 20, and a spatial image in the plane of the aperture stop 12 is formed on the semiconductor wafer 100. . That is, in the inspection apparatus 1, by switching the condenser lens 14 in and out, the illumination by the Koehler illumination system and the illumination by the critical illumination system can be switched. Note that when illuminating with the critical illumination system, the imaging position is different from that when illuminating with the Koehler illumination system, so that the movable stage 2 focuses on illumination with the Koehler illumination system and illumination with the critical illumination system. A stage stroke that can adjust the position difference is required. This inspection device 1
In, the illumination optical system from the rotating diffusion plate 10 to the objective lens 17 and the imaging optical system from the objective lens 17 to the imaging lens 21 constitute an infinite optical system, and are compared with the focal length of the objective lens 17. Since the focal length of the condenser lens 14 is sufficiently long, the difference between the focal positions is very small.

【0052】コンデンサレンズ14の出し入れの切り替
えは、例えば、コンデンサレンズ14をリボルバに取り
付け、このリボルバを回転操作して、コンデンサレンズ
14をDUVレーザ光の光路上と、DUVレーザ光の光
路から外れた位置とに亘って移動させることで行う。こ
の場合、コンデンサレンズ14が取り付けられたリボル
バが、照明系切り替え手段として機能する。なお、コン
デンサレンズ14の出し入れの切り替えは、以上のよう
なリボルバ式に限らず、スライド式、カム式等、コンデ
ンサレンズ14の出し入れが任意に行える方式であれ
ば、どのような方式であっても構わない。また、コンデ
ンサレンズ14を取り外す代わりに、相当のレンズを挿
入する方法で、ケーラー照明系を臨界照明系に切り替え
るようにしてもよい。但し、この場合には、コサイン4
乗則によって周辺光量が減少するという問題があるの
で、ケーラー照明系を臨界照明系に切り替える方法とし
ては、コンデンサレンズ14を取り外す方法が最適であ
る。
To switch the condenser lens 14 in and out, for example, the condenser lens 14 is attached to a revolver, and the revolver is rotated to move the condenser lens 14 on and off the optical path of the DUV laser light. It is performed by moving over the position. In this case, the revolver provided with the condenser lens 14 functions as an illumination system switching unit. The switching of the condenser lens 14 in and out is not limited to the above-described revolver type, but may be any method such as a slide type or a cam type as long as the condenser lens 14 can be freely inserted and removed. I do not care. Further, instead of removing the condenser lens 14, a Koehler illumination system may be switched to a critical illumination system by inserting a considerable lens. However, in this case, cosine 4
Since there is a problem that the peripheral light amount is reduced by the power law, a method of switching the Koehler illumination system to the critical illumination system is most appropriate to remove the condenser lens 14.

【0053】一般的に、光学顕微鏡の照明調整は検査対
象面において均一な照明になるように調整するのが一般
的である。この検査装置1においても、実際に半導体ウ
ェハ100上の検査箇所の検査を行う場合には、照明光
学系をケーラー照明系にして、半導体ウェハ100上の
検査箇所に均一にDUVレーザ光が照射されることが望
ましい。一方、光学系の解像力は、対物レンズのNA、
照明光の波長の他に、照明系開口絞り面内における照明
光の強度分布に大きく依存することが知られている。そ
こで、検査装置1においては、開口絞り12面内におけ
るDUVレーザ光の強度分布が、半導体ウェハ100上
の検査箇所のパターン形状や検査目的に応じて最適な分
布となるようにしている。
Generally, the illumination of the optical microscope is generally adjusted so as to provide uniform illumination on the surface to be inspected. In the inspection apparatus 1 as well, when actually inspecting an inspection location on the semiconductor wafer 100, the illumination optical system is used as a Koehler illumination system, and the inspection location on the semiconductor wafer 100 is uniformly irradiated with DUV laser light. Is desirable. On the other hand, the resolution of the optical system depends on the NA of the objective lens,
It is known that, in addition to the wavelength of the illumination light, the intensity largely depends on the intensity distribution of the illumination light in the illumination system aperture stop plane. Thus, in the inspection apparatus 1, the intensity distribution of the DUV laser light in the plane of the aperture stop 12 is set to be an optimum distribution according to the pattern shape of the inspection location on the semiconductor wafer 100 and the inspection purpose.

【0054】ここで、開口絞り12面内におけるDUV
レーザ光の強度分布を最適化するには、光学系の調整を
行う必要があるが、ケーラー照明系では、このような光
学系の調整が困難である。すなわち、DUVレーザ光の
照射状態を観察しながら光学系の調整を行うようにすれ
ば、光学系の調整を簡便に行うことができるが、ケーラ
ー照明系では、コンデンサレンズ14の像が検査箇所
(DUVレーザ光が照射される箇所)に結像することに
なり、DUVレーザ光の照射状態を観察しながら光学系
の調整を行うことができない。したがって、この場合に
は、検査装置1とは別の特別な調整治具を用いて光学系
の調整を行う必要がある。
Here, the DUV in the plane of the aperture stop 12 is shown.
In order to optimize the intensity distribution of the laser beam, it is necessary to adjust the optical system. However, it is difficult to adjust such an optical system in the Koehler illumination system. That is, if the adjustment of the optical system is performed while observing the irradiation state of the DUV laser light, the adjustment of the optical system can be easily performed. However, in the Koehler illumination system, the image of the condenser lens 14 is inspected ( Therefore, an image is formed on the portion irradiated with the DUV laser light, and the optical system cannot be adjusted while observing the irradiation state of the DUV laser light. Therefore, in this case, it is necessary to adjust the optical system using a special adjustment jig different from the inspection device 1.

【0055】これに対して、臨界照明系では、開口絞り
12面内の像が検査箇所(DUVレーザ光が照射される
箇所)に結像することになるので、DUVレーザ光の照
射状態を観察しながら光学系の調整を行うことができ
る。したがって、光学系の調整を臨界照明系で行うよう
にすれば、例えば、半導体ウェハ100上の検査箇所の
検査を行っている途中であっても、特別な段取り替えを
行ったり、検査装置1とは別の調整治具を用いたりする
ことなく、適切且つ簡便に光学系の調整を行うことがで
きる。そこで、検査装置1においては、光学系の調整を
行う場合には、コンデンサレンズ14を取り外して照明
光学系を臨界照明系にし、光学系の調整を適切且つ簡便
に行えるようにしている。
On the other hand, in the critical illumination system, an image in the plane of the aperture stop 12 is formed at an inspection position (a position irradiated with the DUV laser light). The adjustment of the optical system can be performed while doing so. Therefore, if the adjustment of the optical system is performed by the critical illumination system, for example, even during the inspection of the inspection location on the semiconductor wafer 100, a special setup change or the inspection apparatus 1 and The optical system can be appropriately and easily adjusted without using another adjustment jig. Therefore, in the inspection apparatus 1, when adjusting the optical system, the condenser lens 14 is removed to make the illumination optical system a critical illumination system so that the adjustment of the optical system can be performed appropriately and easily.

【0056】また、検査装置1においては、開口絞り1
2が、任意のσ値(開口絞りの直径/対物レンズの瞳
径)を有する空間フィルタ絞り(以下、σ絞りとい
う。)と、例えば図2に示すような、照明光学系光軸を
中心とする任意のσ値の輪帯を組み合わせた形状の空間
フィルタ絞り(以下、ドーナツ絞りという。)とを有
し、これらの空間フィルタ絞りのうちで検査箇所のパタ
ーン形状や検査目的に応じて最適なものを選択できるよ
うになされている。
In the inspection apparatus 1, the aperture stop 1
Reference numeral 2 denotes a spatial filter stop (hereinafter referred to as a stop) having an arbitrary σ value (diameter of the aperture stop / pupil diameter of the objective lens) and a center with respect to the optical axis of the illumination optical system as shown in FIG. And a spatial filter stop (hereinafter referred to as a donut stop) having a shape obtained by combining annular zones having an arbitrary σ value. You can choose what you want.

【0057】具体的には、例えば、半導体ウェハ100
に存在する欠陥を検出する場合には、検査箇所のパター
ンの空間周波数に対して平均的な周波数応答を示すσ絞
りを選択し、このσ絞りを用いた照明系(以下、σ照明
という。)によって検査箇所を照明するようにしてい
る。また、半導体プロセスのリソグラフィ工程において
半導体ウェハ100上に形成されたレジストパターン
や、このレジストパターンを用いたエッチング加工によ
り形成される回路パターンの微細寸法計測を行う場合に
は、検査箇所のパターンの特定空間周波数に対して特に
敏感に周波数応答を示すドーナツ絞りを選択し、このド
ーナツ絞りを用いた照明系(以下、ドーナツ照明とい
う。)によって検査対象を照明し、又は、検査箇所のパ
ターンの特定空間周波数に対して特に敏感に周波数応答
を示すσ絞りを選択し、このσ絞りを用いたσ照明によ
って検査対象を照明するようにしている。
Specifically, for example, the semiconductor wafer 100
In order to detect a defect existing in the pattern, an σ stop that exhibits an average frequency response with respect to the spatial frequency of the pattern at the inspection location is selected, and an illumination system using the σ stop (hereinafter referred to as σ illumination). The inspection location is illuminated by In the case of performing fine dimension measurement of a resist pattern formed on the semiconductor wafer 100 in a lithography process of a semiconductor process or a circuit pattern formed by etching using the resist pattern, the pattern of an inspection location is specified. A donut stop which shows a frequency response particularly sensitive to a spatial frequency is selected, and an inspection target is illuminated by an illumination system using the donut stop (hereinafter, referred to as a donut illumination), or a specific space of a pattern of an inspection location is selected. An σ stop that shows a frequency response particularly sensitive to frequency is selected, and the inspection target is illuminated by σ illumination using the σ stop.

【0058】空間フィルタ絞りの切り替えは、例えば、
上述したσ絞りやドーナツ絞り等の各空間フィルタ絞り
をリボルバに取り付け、このリボルバを回転操作して、
選択された空間フィルタ絞りをDUVレーザ光の光路上
に配置させることで行う。この場合、各空間フィルタ絞
りが取り付けられたリボルバが、開口絞り12面内にお
けるDUVレーザ光の強度分布を切り替える切り替え手
段として機能する。なお、空間フィルタ絞りの切り替え
は、以上のようなリボルバ式に限らず、スライド式、カ
ム式等、空間絞りフィルタの切り替えが任意に行える方
式であれば、どのような方式であっても構わない。
Switching of the spatial filter aperture is performed, for example, by
Attach each spatial filter aperture such as the σ aperture and the donut aperture described above to the revolver, rotate this revolver,
This is performed by disposing the selected spatial filter stop on the optical path of the DUV laser light. In this case, the revolver to which each spatial filter stop is attached functions as a switching unit that switches the intensity distribution of the DUV laser light in the plane of the aperture stop 12. The switching of the spatial filter aperture is not limited to the revolver type as described above, and may be any type such as a slide type or a cam type as long as the spatial aperture filter can be switched arbitrarily. .

【0059】また、上述したσ絞り及びドーナツ絞りの
σ値は、この検査装置1により検査を行うことが想定さ
れる被検査物の検査箇所の形状や検査目的等に応じて、
0.01〜1.0までの間で任意に決定される。また、
開口絞り12として検査装置1に組み込むσ絞りやドー
ナツ絞りの個数も、この検査装置1により検査を行うこ
とが想定される被検査物の検査箇所の形状や検査目的等
に応じて任意に決定される。
Further, the σ value of the σ stop and the σ value of the donut stop described above are determined according to the shape of the inspection portion of the inspection object to be inspected by the inspection apparatus 1 and the inspection purpose.
It is arbitrarily determined between 0.01 and 1.0. Also,
The number of σ-stops and donut stops to be incorporated into the inspection apparatus 1 as the aperture stop 12 is also arbitrarily determined according to the shape of the inspection location of the inspection object to be inspected by the inspection apparatus 1 and the inspection purpose. You.

【0060】この検査装置1では、以上のように、開口
絞り12の空間フィルタ絞りを検査箇所のパターンや検
査目的に応じて切り替えて、開口絞り12面内における
DUVレーザ光の強度分布が検査箇所のパターンや検査
目的に応じた最適な分布となるようにしているので、検
査箇所の状態を高解像力で極めて精度良く検査すること
ができる。実際に、図2に示すようなドーナツ絞りを用
いたドーナツ照明により半導体ウェハ100上に形成さ
れた特定のレジストパターンを照明し、その画像から得
られる光の強度プロファイルをもとにそのレジストパタ
ーンの微細寸法計測を行ったところ、極めて精度良く計
測できることが確認された。
In the inspection apparatus 1, as described above, the spatial filter aperture of the aperture stop 12 is switched in accordance with the pattern of the inspection location and the inspection purpose, and the intensity distribution of the DUV laser light in the plane of the aperture stop 12 is changed. Therefore, the state of the inspection location can be inspected with high resolution and with extremely high precision. Actually, a specific resist pattern formed on the semiconductor wafer 100 is illuminated by donut illumination using a donut stop as shown in FIG. 2, and the resist pattern is illuminated based on the intensity profile of light obtained from the image. As a result of performing fine dimension measurement, it was confirmed that the measurement could be performed with extremely high accuracy.

【0061】また、検査装置1は、対物レンズ17と被
検査物である半導体ウェハ100との間の距離、すなわ
ち、結像光学系のフォーカス状態を調整するフォーカス
制御手段を備えている。
The inspection apparatus 1 further includes a focus control means for adjusting the distance between the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 to be inspected, that is, the focus state of the imaging optical system.

【0062】通常の光学顕微鏡を用いた検査装置では、
照明光を被検査物に照射させてその反射光を検出するこ
とで対物レンズと被検査物との間の距離を測定し、フォ
ーカス状態の調整を行うようにしているが、照明光を被
検査物に照射させながらフォーカス状態の調整を行う
と、このときの照明光も被検査物に対する照射光量とし
て積算されてしまうことになる。このように、フォーカ
ス状態の調整で照明光の照射光量が積算されてしまう
と、実際の検査を行う際の照明光量が制限されることに
なり、非常に効率が悪い。
In an inspection apparatus using an ordinary optical microscope,
By irradiating the object with the illumination light and detecting the reflected light, the distance between the objective lens and the object is measured to adjust the focus state. If the focus state is adjusted while irradiating the object, the illuminating light at this time will also be integrated as the irradiation light amount on the inspection object. As described above, if the irradiation light amounts of the illumination light are integrated in the adjustment of the focus state, the illumination light amount at the time of performing an actual inspection is limited, which is very inefficient.

【0063】そこで、この検査装置1では、静電容量型
センサ23を対物レンズ17の近傍に配設して、この静
電容量型センサ23により対物レンズ17と被検査物で
ある半導体ウェハ100との間の距離を検出し、これに
基づいて、対物レンズ17と半導体ウェハ100との間
の距離が最適となるように、制御部2が可動ステージ2
のZステージを駆動することで、結像光学系のフォーカ
ス状態を調整するようにしている。すなわち、この検査
装置1では、静電容量型センサ23と、制御部3と、可
動ステージ2のZステージとが、結像光学系のフォーカ
ス状態を調整するフォーカス制御手段として機能する。
Therefore, in the inspection apparatus 1, the capacitance type sensor 23 is disposed near the objective lens 17, and the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 to be inspected are arranged by the capacitance type sensor 23. Of the movable stage 2 so that the distance between the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 is optimized based on the distance.
Is driven to adjust the focus state of the imaging optical system. That is, in the inspection device 1, the capacitance sensor 23, the control unit 3, and the Z stage of the movable stage 2 function as focus control means for adjusting the focus state of the imaging optical system.

【0064】ここで、被検査物である半導体ウェハ10
0が高さ方向に傾斜している場合や、半導体ウェハ10
0を支持する可動ステージ2の姿勢が高精度に維持され
ない場合には、対物レンズ17の光軸の軸外にて対物レ
ンズ17と半導体ウェハ100との間の距離を測定して
いる静電容量型センサ23が1つであった場合、アッベ
誤差が発生して、対物レンズ17と半導体ウェハ100
との間の距離を正確に測定できない。特に、短波長のD
UVレーザ光を照明光として用い、高開口数のレンズを
対物レンズ17として用いる検査装置1では、光学系の
焦点深度が非常に狭く、僅かな位置ずれも検査精度に大
きく影響する。
Here, the semiconductor wafer 10 to be inspected is
0 is inclined in the height direction, or the semiconductor wafer 10
If the posture of the movable stage 2 supporting the object lens 17 is not maintained with high accuracy, the capacitance measuring the distance between the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 outside the optical axis of the objective lens 17 is measured. If there is only one type sensor 23, an Abbe error occurs and the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100
Distance cannot be measured accurately. In particular, the short wavelength D
In the inspection apparatus 1 using UV laser light as illumination light and a lens with a high numerical aperture as the objective lens 17, the depth of focus of the optical system is very narrow, and even a slight displacement greatly affects inspection accuracy.

【0065】特に、この検査装置1により、半導体プロ
セスのリソグラフィ工程において半導体ウェハ100上
に形成されたレジストパターンや、このレジストパター
ンを用いたエッチング加工により形成される回路パター
ンの微細寸法計測を行う場合には、光学系の焦点深度内
のフォーカスずれであっても、フォーカス誤差は測定結
果に大きな影響を与える。このため、以上のようなフォ
ーカス制御を行うのみで微細寸法計測を高精度に行うに
は限界がある。そこで、検査装置1においては、微細寸
法計測時には、半導体ウェハ100を垂直方向に逐次走
査させて微細寸法計測を行い、検査箇所における微細パ
ターンのコントラストが最大となる点を関数フィッティ
ングにより、半導体ウェハ100を垂直方向に逐次走査
した際のステップ幅の10分の1程度の精度まで求め、
微細寸法計測を行うようにしている。
In particular, when the inspection apparatus 1 measures a fine dimension of a resist pattern formed on the semiconductor wafer 100 in a lithography step of a semiconductor process or a circuit pattern formed by etching using the resist pattern. However, even if the focus shift is within the depth of focus of the optical system, the focus error has a great effect on the measurement result. For this reason, there is a limit to performing fine dimension measurement with high accuracy only by performing the focus control as described above. Therefore, in the inspection apparatus 1, at the time of fine dimension measurement, the semiconductor wafer 100 is sequentially scanned in the vertical direction to perform fine dimension measurement, and the point at which the contrast of the fine pattern at the inspection location is maximized is determined by function fitting. To the accuracy of about 1/10 of the step width when sequentially scanning in the vertical direction,
Fine dimensions are measured.

【0066】ここで、フォーカス精度は、この際の逐次
操作ステップ数とステップ幅とにより定まるが、半導体
ウェハ100上に形成されたレジストパターンの微細寸
法測定を行う場合には、その露光波長に近いDUVレー
ザ光の照射光量は極力減らす必要がある。このため、逐
次走査ステップ数は、コントラストの関数フィッティン
グ精度を満足しうる最小にしたい。さらに、検査箇所に
おける微細パターンのコントラスト最大点を求めるため
の関数フィッティング精度を上げるためには、ステップ
幅は小さい方が望ましい。このような制約条件があるた
め、検査装置1では、フォーカス精度として50nm程
度が必要である。
Here, the focus accuracy is determined by the number of successive operation steps and the step width at this time, but when measuring the fine dimensions of the resist pattern formed on the semiconductor wafer 100, the focus wavelength is close to the exposure wavelength. It is necessary to reduce the irradiation light amount of the DUV laser light as much as possible. For this reason, it is desired that the number of successive scanning steps be minimized so as to satisfy the function fitting accuracy of the contrast. Furthermore, in order to increase the function fitting accuracy for finding the maximum contrast point of the fine pattern at the inspection location, it is desirable that the step width be small. Due to such restrictions, the inspection apparatus 1 needs a focus accuracy of about 50 nm.

【0067】このため、検査装置1では、図3に示すよ
うに、対物レンズ17の光軸に対して対象となる位置に
複数の静電容量型センサ23を配置し、アッベ誤差の低
減を図るようにしている。なお、静電容量型センサ23
の個数は、図3に示すような2個に限らず、静電容量型
センサ23の重心位置が対物レンズ17の光軸中心と一
致するようになされていれば、いくつ配置しても構わな
い。また、図4に示すように、対物レンズ17の光軸に
対して対象に配設した静電容量型センサ23を複数組み
合わせるようにしてもよい。この場合には、半導体ウェ
ハ100の外周を測定する際に、静電容量型センサ23
が半導体ウェハ100からはみ出す領域においても、複
数の静電容量型センサ23間で出力を相互に補完し合う
ことで、半導体ウェハ100の全面における測定が可能
である。
For this reason, in the inspection apparatus 1, as shown in FIG. 3, a plurality of capacitance type sensors 23 are arranged at target positions with respect to the optical axis of the objective lens 17 to reduce Abbe error. Like that. Note that the capacitance type sensor 23
The number of is not limited to two as shown in FIG. 3, and any number may be arranged as long as the position of the center of gravity of the capacitance type sensor 23 coincides with the center of the optical axis of the objective lens 17. . Further, as shown in FIG. 4, a plurality of capacitance type sensors 23 arranged symmetrically with respect to the optical axis of the objective lens 17 may be combined. In this case, when measuring the outer periphery of the semiconductor wafer 100, the capacitance type sensor 23
Even in a region where the semiconductor device 100 protrudes from the semiconductor wafer 100, the outputs of the plurality of capacitance type sensors 23 complement each other, so that measurement over the entire surface of the semiconductor wafer 100 is possible.

【0068】静電容量型センサ23は、測定プローブと
被検査物である半導体ウェハ100との間の静電容量を
電圧値に変換して出力するものであり、静電容量型セン
サ23からの出力電圧は、測定プローブと半導体ウェハ
100との間の距離に比例している。更に、測定プロー
ブと半導体ウェハ100との間の静電容量は、測定プロ
ーブと半導体ウェハ100との間の媒体の誘電率によっ
ても変化する。
The capacitance type sensor 23 converts the capacitance between the measurement probe and the semiconductor wafer 100 to be inspected into a voltage value and outputs the voltage value. The output voltage is proportional to the distance between the measurement probe and the semiconductor wafer 100. Further, the capacitance between the measurement probe and the semiconductor wafer 100 also changes depending on the dielectric constant of the medium between the measurement probe and the semiconductor wafer 100.

【0069】この検査装置1では、静電容量型センサ2
3の測定プローブと半導体ウェハ100は共に大気雰囲
気中にあり、大気の誘電率は、温度、湿度等の環境パラ
メータによって変化することが知られている。更に、静
電容量型センサ23の測定プローブとアンプとの間にい
おけるケーブルの熱膨張によっても変化する。このた
め、検査装置1では、これらの環境パラメータのうち、
温度、湿度等をモニタし、静電容量型センサ23の出力
値にフィードバックすることで、フォーカス精度を向上
させている。
In this inspection apparatus 1, the capacitance type sensor 2
It is known that the measurement probe of No. 3 and the semiconductor wafer 100 are both in the air atmosphere, and the dielectric constant of the air changes depending on environmental parameters such as temperature and humidity. Further, it also changes due to the thermal expansion of the cable between the measurement probe of the capacitance type sensor 23 and the amplifier. For this reason, in the inspection device 1, among these environmental parameters,
The focus accuracy is improved by monitoring temperature, humidity, and the like, and feeding back to the output value of the capacitance type sensor 23.

【0070】ところで、アッベ誤差及び半導体ウェハ1
00の傾斜による誤差の低減、静電容量型センサ23の
温度、湿度依存性の補償に関しては、以上の方法で適切
に行うことができるが、可動ステージ2の吸着プレート
上に保持された状態での半導体ウェハ100表面の平坦
性が悪く、静電容量型センサ23の設置間隔内において
フォーカス精度以上の面うねりがある場合には、検査装
置1では、上記平坦性情報をモニタしていないため、何
らかの誤差フィードバックを行わないとフォーカス精度
が悪化することになる。ここで、半導体ウェハ100の
平坦性に関しては別に規格により定められており、フォ
ーカス精度に影響を与えるのは主に可動ステージ2上に
設置した状態での吸着プレートの平坦性である。
The Abbe error and the semiconductor wafer 1
The reduction of the error due to the tilt of 00 and the compensation of the temperature and humidity dependencies of the capacitance type sensor 23 can be appropriately performed by the above-described method, but in the state where the movable stage 2 is held on the suction plate. In the case where the flatness of the surface of the semiconductor wafer 100 is poor and there is a surface waviness higher than the focus accuracy within the installation interval of the capacitance type sensor 23, the inspection device 1 does not monitor the flatness information. Unless some kind of error feedback is performed, the focus accuracy will deteriorate. Here, the flatness of the semiconductor wafer 100 is separately defined by a standard, and what affects the focus accuracy is mainly the flatness of the suction plate in a state where the suction plate is mounted on the movable stage 2.

【0071】そこで、検査装置1では、必要とされるフ
ォーカス精度を確保するために、吸着プレートの平坦性
の補間を行うようにしている。詳述すると、検査装置1
では、上述した照明光学系をコンデンサレンズ14を取
り外すことで臨界照明系にし、この臨界照明系によって
半導体ウェハ100上に結像した光源像を用い、上記微
細寸法測定時の処理アルゴリズムを応用して、吸着プレ
ートの平坦性補間データの取得を行う。
Therefore, in the inspection apparatus 1, the flatness of the suction plate is interpolated in order to secure the required focus accuracy. Specifically, the inspection device 1
Then, the above-mentioned illumination optical system is changed to a critical illumination system by removing the condenser lens 14, and a processing algorithm at the time of measuring the fine dimensions is applied by using a light source image formed on the semiconductor wafer 100 by the critical illumination system. Then, the flatness interpolation data of the suction plate is obtained.

【0072】半導体ウェハ100上に結像した光源像
は、例えば図5に示すように、回転拡散板10上におけ
るDUVレーザ光のスペックルノイズを多数含んでい
る。なお、この図5は、上述したドーナツ照明によって
半導体ウェハ100上に結像した光現像を示している。
ここで、上記微細寸法測定時の処理アルゴリズムに含ま
れる可動ステージ2の垂直方向への逐次操作を行うと、
フォーカス状態の変化に伴って、図6に示すように、例
えば、画像撮像素子5の各画素の強度分散等のパラメー
タが、ある地点で極値を持つようになる。なお、この図
6は、可動ステージ2の垂直方向への逐次操作を行いな
がら、図5におけるA部を観察したときに得られる画素
強度の分散を示したものであり、縦軸が画素強度の分散
値、横軸が可動ステージ2の垂直方向における位置を示
している。
The light source image formed on the semiconductor wafer 100 contains a large number of speckle noises of the DUV laser light on the rotary diffusion plate 10 as shown in FIG. 5, for example. Note that FIG. 5 shows light development in which an image is formed on the semiconductor wafer 100 by the above-described donut illumination.
Here, when the sequential operation in the vertical direction of the movable stage 2 included in the processing algorithm at the time of measuring the fine dimensions is performed,
With the change in the focus state, as shown in FIG. 6, for example, parameters such as the intensity dispersion of each pixel of the image pickup device 5 have an extreme value at a certain point. FIG. 6 shows the variance of the pixel intensity obtained when observing the portion A in FIG. 5 while performing the sequential operation of the movable stage 2 in the vertical direction, and the vertical axis represents the pixel intensity. The variance value and the horizontal axis indicate the position of the movable stage 2 in the vertical direction.

【0073】以上のように計測されたパラメータにフィ
ッティングをかけることにより、サブステップ幅でパラ
メータの極値を求めることができる。この際の可動ステ
ージ2と対物レンズ17との間隔、すなわち、静電容量
型センサ23の出力とフォーカス目標値における静電容
量型センサ23の出力との差を求めれば、その値を観察
位置における吸着プレートの平坦性補間データとするこ
とができる。この作業を、半導体ウェハ100面内で適
宜なステップ間隔にて行い、得られた各観察位置におけ
る吸着プレートの平坦生保間データをもとに、例えばス
プライン補間等を行うことで、半導体ウェハ100の任
意の測定点における吸着プレートの平坦性補間データと
することができる。
By applying fitting to the parameter measured as described above, the extreme value of the parameter can be obtained with a substep width. If the distance between the movable stage 2 and the objective lens 17 at this time, that is, the difference between the output of the capacitance type sensor 23 and the output of the capacitance type sensor 23 at the focus target value is obtained, the value is obtained at the observation position. The flatness interpolation data of the suction plate can be used. This operation is performed at appropriate step intervals within the surface of the semiconductor wafer 100, and based on the obtained flat life data of the suction plate at each observation position, for example, spline interpolation or the like is performed, so that the semiconductor wafer 100 The flatness interpolation data of the suction plate at an arbitrary measurement point can be used.

【0074】半導体ウェハ100は、反射率が一様で平
坦性が良好なベアウェハであることが望ましく、反射率
が一様な平面であれば、ベアウェハに限らず、平面ミラ
ー等でも構わない。上記の測定を、半導体ウェハ100
を回転し複数回測定することにより、半導体ウェハ10
0に起因する誤差成分を除去することができる。例え
ば、半導体ウェハ100を90度回転し、上記吸着プレ
ートの平坦性補間データを取得する。これを180度、
270度の回転位置に置いても吸着プレートの平坦性補
間データを取得し、0度、90度、180度、270度
の回転位置にて取得した吸着プレートの平坦性補間デー
タを、回転成分、非回転成分に成分毎に抽出する。この
うちの回転成分が半導体ウェハ100に起因する誤差成
分であり、回転成分を除去した非回転成分を最終的な検
査装置1における吸着プレートの平坦性補間データとす
る。
The semiconductor wafer 100 is preferably a bare wafer having a uniform reflectivity and good flatness. The flat wafer having a uniform reflectivity is not limited to a bare wafer, and may be a plane mirror or the like. The above measurement is performed on the semiconductor wafer 100
Is rotated and measured a plurality of times to obtain the semiconductor wafer 10.
An error component caused by 0 can be removed. For example, the semiconductor wafer 100 is rotated 90 degrees, and the flatness interpolation data of the suction plate is acquired. 180 degrees,
The flatness interpolation data of the suction plate is obtained even at the rotation position of 270 degrees, and the flatness interpolation data of the suction plate obtained at the rotation positions of 0, 90, 180, and 270 degrees is converted into a rotation component, Extract non-rotated components for each component. Of these, the rotation component is an error component due to the semiconductor wafer 100, and the non-rotation component from which the rotation component has been removed is used as the final flatness interpolation data of the suction plate in the inspection apparatus 1.

【0075】ところで、以上のような吸着プレートの平
坦性補間データの取得を行う際は、上述したように、照
明光学系を臨界照明系に切り替えて、光源像を半導体ウ
ェハ100上に結像させ、その像を観察することにより
行う。所定のパターンが形成された半導体ウェハ100
を観察する際に、上述した手法による吸着プレート平坦
性補間データ取得を行うと、データを取得する位置にパ
ターンが描画されていなくてはならない。このため、吸
着プレート平坦性補間データ取得に制約が加わることに
なる。さらに、ケーラー照明系により、同様の手法で吸
着プレートの平坦性補間データの取得を行うと、ケーラ
ー照明系では、デフォーカスした状態でも、DUVレー
ザ光が半導体ウェハ100に平行に照明されることにな
るため、光量の差が出にくく、また、パターンの空間周
波数によりデフォーカス特性が異なり、極値が求めがた
い。このため、精度良く吸着プレートの平坦性補間デー
タ取得を行うのが困難である。
When acquiring the flatness interpolation data of the suction plate as described above, the illumination optical system is switched to the critical illumination system and the light source image is formed on the semiconductor wafer 100 as described above. By observing the image. Semiconductor wafer 100 on which a predetermined pattern is formed
When observing is performed, if the suction plate flatness interpolation data is acquired by the above-described method, a pattern must be drawn at the position where the data is acquired. This imposes restrictions on the acquisition of the suction plate flatness interpolation data. Furthermore, when the flatness interpolation data of the suction plate is acquired by the Koehler illumination system in the same manner, the DUV laser light is illuminated parallel to the semiconductor wafer 100 even in the defocused state in the Koehler illumination system. Therefore, there is little difference in light amount, and the defocus characteristic varies depending on the spatial frequency of the pattern, and it is difficult to find an extreme value. For this reason, it is difficult to accurately acquire the flatness interpolation data of the suction plate.

【0076】以上のような理由から、吸着プレートの平
坦性補間データを取得する際には、照明光学系を臨界照
明系に切り替えて、光源像を半導体ウェハ100上に結
像させ、その像を観察することにより行うことが望まし
い。
For the reasons described above, when acquiring the flatness interpolation data of the suction plate, the illumination optical system is switched to the critical illumination system, a light source image is formed on the semiconductor wafer 100, and the image is formed. It is desirable to perform this by observing.

【0077】なお、以上は、対物レンズ17と被検査物
である半導体ウェハ100との間の距離を検出する距離
センサとして静電容量型センサ23を用いる例について
説明したが、距離センサとしては、対物レンズ17と半
導体ウェハ100との間の距離を高精度に測定できるも
のであればどのようなものを用いてもよい。例えば、作
動トランス型変位計や、渦電流型変位計、原子間力プロ
ーブを用いた変位計、空気式変位計等を距離センサとし
て用いるようにしてもよい。
In the above description, the example in which the capacitance type sensor 23 is used as the distance sensor for detecting the distance between the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 to be inspected has been described. Any device that can measure the distance between the objective lens 17 and the semiconductor wafer 100 with high accuracy may be used. For example, a working transformer type displacement meter, an eddy current type displacement meter, a displacement meter using an atomic force probe, a pneumatic displacement meter, or the like may be used as the distance sensor.

【0078】以上説明したように、本発明を適用した検
査装置1では、開口絞り12面内におけるDUVレーザ
光の強度分布を任意に操作して、検査箇所のパターンや
検査目的に応じた最適な分布となるようにすることで、
検査箇所の状態を高解像力で極めて精度良く検査するこ
とができ、例えば、従来計測できなかったような非常に
微細なパターン寸法等も精度良く計測することが可能と
なる。すなわち、開口絞り12面内におけるDUVレー
ザ光の強度分布を、検査箇所のパターンや検査目的に応
じた最適な分布とすることで、結像限界を決定するKフ
ァクタ(結像限界=K×λ/NA)を小さくすることが
できる。Kファクタを小さくすることは、照明波長λを
短波長化することや、対物レンズの開口数NAを高める
ことと等価であり、照明波長λの短波長化や対物レンズ
の高NA化に比べると、遙かに低コストで実現できる。
As described above, in the inspection apparatus 1 to which the present invention is applied, the intensity distribution of the DUV laser light in the surface of the aperture stop 12 is arbitrarily manipulated to optimize the distribution of the DUV laser light in accordance with the pattern of the inspection location and the inspection purpose. By making it distribution,
The state of the inspection location can be inspected with high resolution and extremely high accuracy. For example, it becomes possible to accurately measure very fine pattern dimensions and the like that could not be measured conventionally. That is, the K-factor for determining the imaging limit (imaging limit = K × λ) is obtained by setting the intensity distribution of the DUV laser light in the plane of the aperture stop 12 to an optimum distribution according to the pattern of the inspection location and the inspection purpose. / NA) can be reduced. Decreasing the K factor is equivalent to shortening the illumination wavelength λ or increasing the numerical aperture NA of the objective lens, and compared to shortening the illumination wavelength λ and increasing the NA of the objective lens. Can be realized at a much lower cost.

【0079】また、この検査装置1では、照明光学系を
臨界照明系に切り替えて光学系の調整を行うことで、例
えば、検査途中であっても、特別な調整治具を用いるこ
となく、適切且つ簡便に光学系の調整を行うことができ
る。したがって、従来、高度な調整技術と時間を要して
いた照明光源3や光ファイバ9の交換作業等、光学系の
メンテナンス作業時間を大幅に短縮することができる。
Further, in this inspection apparatus 1, by switching the illumination optical system to the critical illumination system and adjusting the optical system, for example, even during the inspection, it is possible to use an appropriate adjustment jig without using a special adjustment jig. Further, it is possible to easily adjust the optical system. Therefore, the maintenance work time of the optical system, such as the work of replacing the illumination light source 3 and the optical fiber 9, which has conventionally required advanced adjustment technology and time, can be greatly reduced.

【0080】更に、この検査装置1では、光学系の焦点
深度よりも遙かに高精度にフォーカス制御が可能にな
り、特に、微細パターンの寸法計測を極めて高精度に行
うことができる。
Further, in the inspection apparatus 1, focus control can be performed with much higher precision than the depth of focus of the optical system. In particular, the dimension measurement of a fine pattern can be performed with extremely high precision.

【0081】[0081]

【発明の効果】本発明に係る検査装置によれば、照明手
段の開口絞り面内における照明光の強度分布を、被検査
物の検査箇所の構造や検査目的に応じて最適な分布に切
り替えることができるので、検査箇所の状態を高解像力
で極めて精度良く検査することができる。
According to the inspection apparatus of the present invention, the intensity distribution of the illumination light in the aperture stop plane of the illumination means is switched to the optimum distribution according to the structure of the inspection location of the inspection object and the inspection purpose. Therefore, the state of the inspection location can be inspected with high resolution and with extremely high accuracy.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した検査装置の概略構成を示す模
式図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an inspection apparatus to which the present invention is applied.

【図2】上記検査装置の照明光学系が備えるドーナツ絞
りの一例を示す平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a donut stop provided in the illumination optical system of the inspection device.

【図3】上記検査装置が備える静電容量型センサの配置
の一例を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an example of an arrangement of capacitance sensors provided in the inspection device.

【図4】上記検査装置が備える静電容量型センサの配置
の他の例を示す平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing another example of the arrangement of the capacitance type sensors provided in the inspection device.

【図5】上記ドーナツ絞りを用いたドーナツ照明によっ
て半導体ウェハ上に結像した光現像を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing light development formed on a semiconductor wafer by donut illumination using the donut stop.

【図6】上記検査装置が備える可動ステージの垂直方向
への逐次操作を行いながら、図5におけるA部を観察し
たときに得られる画像撮像素子の画素強度の分散を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing a variance of pixel intensities of the image pickup device obtained when observing a portion A in FIG. 5 while sequentially performing a vertical operation of a movable stage provided in the inspection apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 検査装置、 2 可動ステージ、 3 制御部、
4 照明光源、 5画像撮像素子、 6 可変式NDフ
ィルタ、 7 コンデンサレンズ、 8 シャッタ、
9 光ファイバ、 10 回転拡散板、 11 コンデ
ンサレンズ、12 開口絞り、 13 視野絞り、 1
4 コンデンサレンズ、 15 偏光ビームスプリッ
タ、 16 1/4波長板、 17 対物レンズ、 1
8 結像レンズ、 19 光量モニタ、 20 積算回
路、 21 結像レンズ、 22 画像処理用コンピュ
ータ、 23 静電容量型センサ
1 inspection device, 2 movable stage, 3 control unit,
4 illumination light source, 5 image pickup device, 6 variable ND filter, 7 condenser lens, 8 shutter,
Reference Signs List 9 optical fiber, 10 rotating diffuser, 11 condenser lens, 12 aperture stop, 13 field stop, 1
4 condenser lens, 15 polarizing beam splitter, 16 quarter-wave plate, 17 objective lens, 1
Reference Signs List 8 imaging lens, 19 light quantity monitor, 20 integrating circuit, 21 imaging lens, 22 image processing computer, 23 capacitance type sensor

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/66 H01L 21/30 502V Fターム(参考) 2F065 AA21 AA56 BB02 BB03 CC19 FF04 FF42 FF48 FF49 FF67 GG04 GG17 GG22 HH09 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09 JJ15 JJ26 LL02 LL04 LL24 LL30 LL36 LL37 LL49 LL57 NN01 NN08 NN16 PP12 PP13 QQ25 QQ31 RR01 RR02 UU01 2H052 AC02 AC03 AC12 AC14 AC15 AC25 AC26 AC27 AC28 AC29 AC34 AD09 AD34 AF02 AF14 AF21 4M106 AA01 BA05 CA38 DB04 DB08 DB12 DB14 DB16 DJ04 DJ06 DJ07 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat II (reference) H01L 21/66 H01L 21/30 502V F term (reference) 2F065 AA21 AA56 BB02 BB03 CC19 FF04 FF42 FF48 FF49 FF67 GG04 GG17 GG22 HH09 HH13 JJ01 JJ03 JJ05 JJ09 JJ15 JJ26 LL02 LL04 LL24 LL30 LL36 LL37 LL49 LL57 NN01 NN08 NN16 PP12 PP13 QQ25 QQ31 RR01 RR02 UU01 2H052 AC02 AC03 AC12 AC14 AC15 AC25 AC26 DB14 AC14 DB12 AC14 DJ04 DJ06 DJ07

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 被検査物を支持する支持手段と、 上記支持手段に支持された被検査物の検査箇所に、所定
の波長域の単色光を照明光として照射する照明手段と、 上記照明光により照明された検査箇所からの反射光、散
乱光、回折光を検出する検出手段と、 上記検出手段からの出力に基づいて、上記検査箇所の状
態を検査する検査手段とを備え、 上記照明手段は、開口絞り面内における照明光の強度分
布を上記検査箇所の構造や検査目的に応じて切り替える
切り替え手段を有することを特徴とする検査装置。
1. A supporting means for supporting an object to be inspected, an illuminating means for irradiating monochromatic light in a predetermined wavelength range as illumination light to an inspection location of the object supported by the supporting means, and the illuminating light Detecting means for detecting reflected light, scattered light, and diffracted light from the inspection location illuminated by the inspection means; and inspection means for inspecting the state of the inspection location based on an output from the detection means, An inspection apparatus characterized by comprising switching means for switching the intensity distribution of the illumination light in the plane of the aperture stop according to the structure of the inspection location and the purpose of the inspection.
【請求項2】 上記照明手段は、紫外波長域のレーザ光
を出射する紫外レーザ光源を有することを特徴とする請
求項1記載の検査装置。
2. An inspection apparatus according to claim 1, wherein said illuminating means has an ultraviolet laser light source for emitting laser light in an ultraviolet wavelength range.
【請求項3】 上記照明手段は、ケーラー照明により上
記検査箇所を照明する第1の照明系と、臨界照明により
上記検査箇所を照明する第2の照明系との切り替えを行
う照明系切り替え手段を有することを特徴とする請求項
1記載の検査装置。
3. An illumination system switching means for switching between a first illumination system for illuminating the inspection location with Koehler illumination and a second illumination system for illuminating the inspection location with critical illumination. The inspection device according to claim 1, further comprising:
【請求項4】 上記照明手段は、上記照明光の可干渉性
を低減するための可干渉性低減手段を有することを特徴
とする請求項1記載の検査装置。
4. The inspection apparatus according to claim 1, wherein said illuminating means has a coherence reducing means for reducing the coherence of said illumination light.
【請求項5】 上記照明手段は、上記可干渉性低減手段
として、回転拡散板を有することを特徴とする請求項4
記載の検査装置。
5. The lighting device according to claim 4, wherein the illuminating means has a rotating diffuser as the coherence reducing means.
Inspection device as described.
【請求項6】 上記照明手段は、上記可干渉性低減手段
として、入射された光をシングルモードからマルチモー
ドに変換して出射する光ファイバを有することを特徴と
する請求項4記載の検査装置。
6. The inspection apparatus according to claim 4, wherein the illuminating means has an optical fiber for converting incident light from a single mode to a multi-mode and outputting the converted light, as the coherence reducing means. .
【請求項7】 上記照明手段は、上記照明光の光量をモ
ニタする光量モニタ手段と、この光量モニタ手段によっ
て検出された照明光の光量に応じて照明光の透過又は遮
断を切り替えるシャッタ手段とを有することを特徴とす
る請求項1記載の検査装置。
7. The illumination unit includes a light amount monitoring unit that monitors a light amount of the illumination light, and a shutter unit that switches transmission or blocking of the illumination light according to the light amount of the illumination light detected by the light amount monitoring unit. The inspection device according to claim 1, further comprising:
【請求項8】 上記検出手段と上記支持手段に支持され
た被検査物の検査箇所とのフォーカス状態を、距離セン
サからの出力に基づいて制御するフォーカス制御手段を
備え、 上記フォーカス制御手段は、上記照明手段を第2の照明
系に切り替えて、臨界照明によって上記検査箇所を照明
することにより得られる情報に基づいて、上記支持手段
の支持面精度に起因するフォーカス誤差量を検出し、こ
のフォーカス誤差量に応じて距離センサからの出力を補
正して、フォーカス制御を行うことを特徴とする請求項
3記載の検査装置。
8. A focus control unit for controlling a focus state between the detection unit and an inspection position of the inspection object supported by the support unit based on an output from a distance sensor, wherein the focus control unit includes: By switching the illuminating means to the second illuminating system, based on information obtained by illuminating the inspection location with critical illumination, a focus error amount caused by the accuracy of the supporting surface of the supporting means is detected. The inspection apparatus according to claim 3, wherein the focus control is performed by correcting an output from the distance sensor according to the error amount.
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